С пухлыми телами и маленькими крыльями шмели не имеют репутации своих воздушных навыков. Их неуклюжая манера привела к тому, что некоторые ученые ошибочно предположили, что их полет даже бросил вызов аэродинамике. Но то, что им не хватает в элегантности, они восполняют на высоте. Согласно новым исследованиям, шмели могут теоретически подняться на гору Эверест.
Связанный контент
- Зомби сделали это через США
- Можно ли научить пчел вынюхивать рак?
- Американский шмель тоже терпит крах
Идея, что пчелы могут стать опытными альпинистами, кажется нелогичной. «Вы взбираетесь на гору, и вам холодно и трудно дышать. Кислорода нет. Для летающих насекомых это еще хуже», - говорит он. Майкл Диллон , эколог из Университета Вайоминга в Ларами . «Плотность воздуха снижается, поэтому на самом деле трудно создавать силы, взмахивая крыльями. В воздухе просто меньше молекул, на которые можно давить».
Но, по словам Диллона и его коллеги Роберта Дадли, эколога из Калифорнийского университета в Беркли и Смитсоновского института тропических исследований в Панаме, было бы разумно не недооценивать пчел. Пара посмотрела на пределы полета шмелей и опубликовала свои результаты в письмах биологии сегодня. «К нашему удивлению, [пчелы] могут летать намного выше, чем мы думали, что они смогут», - говорит Диллон.
Летающих насекомых трудно изучать в полевых условиях, и ученые мало знают об экстремальных границах пчелы рейс. Однако у них есть некоторые подсказки: пчелы-плотники ( Xylocarpa varipuncta ), обитающие на юго-западе США, могут зависать в условиях низкой плотности воздуха, характерных для больших высот. Пчелы тропической орхидеи могут подняться в два раза больше своего веса, еще один показатель того, что пчелы имеют немного больше летных навыков, чем просто способность перелетать с одного цветка на другой.
Эти пчелы - тропические или равнинные виды, а шмели - обычные обитатели альпийских пешеходных маршрутов от американских Скалистых гор до Анд. «Кажется, они очень хорошо проводят время на больших высотах», - говорит Диллон. Таким образом, исследователи задались вопросом, насколько трудно пчелам летать там наверху?
Шмель неопознанного вида приближается к цветущему растению на высоте около 6500 футов (2000 метров) около Урумчи на северо-западе Китая. (Фото: ME Dillon) В горах западного Китая исследователи захватили шесть местные мужские шмели ( Bombus impetuosus ) в дикой природе около 10 660 футов. Они засунули пчел в гипобарическую камеру и постепенно высасывали воздух, имитируя среду с более высоким уровнем возвышения с пониженной плотностью кислорода и воздуха. «Просто выкачивая воздух, мы можем снизить общее атмосферное давление, которое можно сравнить с переносом пчелы в гору», - говорит Диллон.
Они наблюдали за поведением пчел, записывали звук, чтобы рассчитать ритмы их удара крыла, и анализировали движение крыла по видеоматериалу. Средний шмель все еще может успешно парить на высоте около 26 000 смоделированных футов, а две пчелы пролетели выше 29 527 смоделированных футов - это примерно на 500 футов выше вершины горы Эверест.
Шмель летит в гипобарической камере, в которой давление воздуха примерно равно давлению, обнаруженному на высоте 19 600 футов (6000 метров). (Видео любезно предоставлено Майклом Диллоном) Чтобы достичь таких головокружительных высот, любой летающий организм (или даже вертолет) в основном имеет два варианта: быстрее бить крыльями или увеличивать амплитуду удара крыла, угол, под которым они бьют крыльями. Быстро взмахнуть маленькими крыльями для пчелы, вероятно, будет сложнее, потому что они бьют свои крылья довольно уникальным способом, поэтому лучший вариант для пчелы - делать более широкие удары.
«Они почти выглядят так, словно ходят по воде в некотором смысле, - говорит Диллон. - Они бьют своими крыльями по более широкой дуге, так что каждый раз, когда они перемещают свои крылья по этой дуге, они фактически толкают свои крылья против большего количества молекул, чем они бы иначе. "Он отмечает, что есть другие более тонкие изменения в движениях крыльев, которые могут позволить им увеличить силу, которую производят и их крылья.
Давайте сделаем шаг назад - эксперимент включал пчел, по сути, в банку с изменением давления воздуха и уровня кислорода вокруг них. Но как насчет ветра, холода, снега и множества других факторов, которые делают восхождение на гору столь опасным? Оказывается, пчелы - выносливые существа - Диллон нашел шмелей высотой до 16 000 футов. На высоких возвышенностях, где «из снега появляются только головки цветов, шмели проносятся там и посещают эти цветы», - говорит Диллон . Тот факт, что они летали, говорит о способности пчел адаптироваться к таким изменениям высоты.
Итак, почему у пчел есть эта способность? Все летающие животные по-разному справляются с высотой, но у них обычно есть избыточные летные характеристики, которые позволяют им это делать. «Для пчел и других насекомых« эти избыточные летные характеристики действительно полезны для таких вещей, как бегство от хищников », - говорит Диллон. С птицами, патрулирующими небо, и пауками, скрывающимися на цветах, это опасный мир для пчелы.
Пчелы также должны нести пыльцу и нектар обратно в улей. «Пчелы могут быть необычным случаем в том смысле, что их потребность поднимать тяжелые грузы может дать вторичное преимущество, заключающееся в предоставлении им большего диапазона высот. Они не обязательно смогут выполнять и то и другое одновременно - по крайней мере, в разной степени». говорит Ричард Бомфри, биолог из Королевского ветеринарного колледжа Лондонского университета в Великобритании. По сути, способность пчел подниматься на гору может быть лишь побочным продуктом развития черт, способствующих сбору пыльцы.
Понимание границ полета пчел и других насекомых и животных может помочь ученым предсказать, как изменение климата может повлиять на их ареалы. Помимо лучшего понимания экологии насекомых, летные исследования информируют инженеров, пытающихся создать крошечных летающих роботов, которые могут когда-нибудь, например, отслеживать трафик или обследовать место катастрофы, о том, как лучше всего имитировать пчел и других насекомых.
«Эта статья представляет собой элегантную демонстрацию того, как летающие животные могут усиливать свои аэродинамические силы посредством простых кинематических изменений», - говорит Бомфри. Инженеры, он предлагает, могли бы основываться на той же стратегии. Таким образом, во многих случаях эти открытия переносят полет шмеля на совершенно новый уровень.
